Сергей Сказкин - ИСТОРИЯ СРЕДНИХ ВЕКОВ (В двух томах. Под общей редакцией С.ДСказкина). Том 2

Заслуга Кеплера перед наукой состоит в том, что он выяснил истинные формы планетных орбит и установил факт неравномерности движения планет. Заложив фундамент гелиоцентрической системы, Коперник продолжал придерживаться некоторых господствовавших в его время неправильных представлений. В частности, он считал, следуя за Аристотелем, что в сфере небесных явлений существует наиболее «совершенное» круговое и равномерное движение. Поэтому он ошибочно полагал, что движение планет также слагается из круговых движений. Для согласования этого взгляда с данными астрономических наблюдений он принужден был отчасти сохранить искусственные геометрические построения системы Птолемея.

Кеплер некоторое время был помощником датского астронома Тихо Браге (1546-1601), проведшего в Праге последние годы жизни. Тихо Браге славился искусством производить точные астрономические наблюдения. Оставленные им данные о движении планет отличались необычной для того времени полнотой и точностью. Изучая наблюдения Тихо Браге над движением Марса, Кеплер после многих лет упорной работы пришел к выводу, что планеты движутся по эллипсам, в одном из фокусов которых находится Солнце (первый закон Кеплера), и что скорость движения планет увеличивается с приближением к Солнцу (второй закон, согласно которому радиусы-векторы, связывающие планету с Солнцем, в равные промежутки времени описывают равные площади).

Кеплер опубликовал свои открытия в 1609 г . под названием «Новая астрономия, или Небесная физика, изложенная в исследованиях о движении звезды Марс». В работе «Гармония Мира» (1619) он сформулировал третий закон, устанавливающий связь между периодами обращения планет и их расстояниями от Солнца. Открытые Кеплером законы позволили составить значительно более точные таблицы движения планет. Эти таблицы были изданы Кеплером в 1627 г . и названы с честь императора Рудольфа «Рудольфовы таблицы».

После работ Галилея и Кеплера научное превосходство гелиоцентрической системы стало настолько очевидным, что со второй половины XVII в. астрономы, стоявшие на уровне научных требований своего времени, в большинстве случаев уже признавали ее правильность, хотя обычно излагали как одну из возможных гипотез наравне с системой Птолемея.

В развитии физики перелом наступил позже, чем в астрономии. В XVI в. происходила своеобразная подготовка к созданию новой физики. В связи с гуманистическим движением и пересмотром господствовавших ранее взглядов некоторые мыслители предприняли попытки создать новые натурфилософские концепции, в которых были подвергнуты критике различные аспекты аристотелевской физики, усвоенной средневековой схоластикой.

Одновременно началась основанная на самостоятельных наблюдениях разработка отдельных вопросов физики. Значительные успехи были достигнуты в статике и гидростатике. Благодаря более полному ознакомлению с трудами античных ученых были освоены достижения Архимеда в области статики и появились новые важные открытия. Наиболее крупным исследованием была работа «Принципы равновесия», принадлежавшая перу голландца Стевина (1548-1620), удачно совмещавшего в одном лице ученого-теоретика и инженерапрактика (он был военным инженером и главным инспектором гидротехнических сооружений в Голландии). Стевин сформулировал важнейшие теоремы гидростатики, в частности, он знал о так называемом гидростатическом парадоксе, который объясняет действие гидравлического пресса. Стевину приписывается также изобретение парусной повозки, приводимой в движение силой ветра.

Итальянский ученый Николо ТарталБЯ-{1500-1557) изучал под влиянием потребностей баллистики траекторию брошенного тела. Тарталья установил, что наибольшая дальность полета достигается при угле вылета в 45°. Английский ученый Вильям Гильберт (1540– 1603) з работе «О магните» на основе тщательных наблюдений и экспериментов дал подробное описание свойств магнита, а также всех известных в то время электрических явлений.

Много новых идей в области физики высказал Леонардо да Винчи, однако его записки не были опубликованы и остались неизвестны современникам.

В первой половине XVII в. происходит уже полный переворот в развитии физики. Этот переворот был связан с деятельностью Галилея, который решительно встал на путь создания науки, основанной на опыте и на применении точных математических методов при анализе и обобщении данных опыта. Новый дух, внесенный в науку Галилеем и другими учеными, виден на примере исследования вопроса о свободном падении тел. До Галилея преобладало ошибочное мнение Аристотеля, что скорость падения тел пропорциональна их двинул тезис, что скорость свободно падающего тела не зависит от веса. По рассказу биографа Галилея, для проверки правильности своих взглядов он сбрасывал шары различного веса с высокой башни. Затем, применяя, поскольку это можно было сделать на той стадии развития математики, точные математические методы для анализа процесса движений материальных тел, Галилей вывел уравнение равномерно ускоренного движения, изложил, хотя и не сформулировал в окончательном виде, закон инерции и принцип независимости действия сил, уточнил (или, правильнее, впервые создал) научные представления о скорости и ускорении, определял траекторию брошенного тела, начал изучение колебания маятника и , т. д. Он всегда стремился проверять свои выводы, сопоставляя их с наблюдениями, производил возможные эксперименты. Например, для проверки найденного им закона равномерно ускоренного движения Галилей скатывал бронзовые шарики по специально устроенному желобу, измеряя время, за которое они проходили различные расстояния (из-за отсутствия точных часов он измерял время скатывания шарика количеством воды, вытекающей через отверстие в дне сосуда). Эти труды Галилея явились основой для последующего развития кинематики и динамики.

Вклад в начатую Галилеем огромную работу по выяснению подлинных законов движения материальных тел внес и французский ученый Рене Декарт, сформулировавший, в частности, в более общем виде закон инерции (1644).

Зарождение и укрепление новых принципов научного исследования знаменовало начало бурного развития физики. Помимо механики начинают быстро развиваться и другие ее разделы. Важные открытия были сделаны в физике жидких и газообразных тел. Французский математик и физик Блез Паскаль (1623-1662), известный также как философ и писатель, успешно продолжил разработку вопросов гидростатики и в общем виде сформулировал названный его именем закон о передаче давления в жидкостях. Ученик Галилея Торичелли (1608– 1647) изучал атмосферное давление и создал ртутный барометр, получив в запаянной трубке пустое пространство над ртутью (торичеллиева пустота). Он отверг старое учение о «боязни пустоты» и утверждал, что ртуть в столбике барометра поддерживается именно атмосферным давлением. Правильность этого мнения экспериментально доказал Паскаль, организовав серию опытов с барометром, устанавливавшимся на различных уровнях горного склона. Немецкий инженер и бургомистр Магдебурга Отто фон Герике (1602-1686) изобрел воздушный насос и поставил эффектный эксперимент, также подтвердивший существование атмосферного давления и обнаруживший всю его силу (при помощи так называемых магдебургских полушарий). Английский физик и химик Роберт Бойль (1627-1691) и французский ученый Мариотт (1620-1684) открыли независимо друг от друга названный их именами закон о соотношении объема газа с оказываемым на него давлением. Быстро развивалась также и оптика, чему способствовала работа по созданию и совершенствованию появившихся в это время оптических приборов (зрительная труба, телескоп, микроскоп), требовавшая изучения законов распространения и преломления световых лучей; важную роль в развитии оптики сыграли труды Кеплера («Диоптрика») и Декарта. Подъем научной мысли и потребность развивающейся науки, особенно астрономии и механики, в более совершенных методах математического исследования привели к быстрому развитию математики.